省电、高亮度LED需要高性能LED驱动器

　　背景

　　在很多家庭、机构、政府和工业应用中，高亮度 (HB) 白光 LED 正在快速取代白炽灯照明。在很多情况下，较高效率的 LED 可将功耗降低多达 88%，从而大幅降低给 LED 供电而发电所需的碳排放量。根据计算，如果将传统白炽灯和荧光灯转变为 LED 照明，那么全世界总能源消耗量可能节省多达 10%。LCD 高清电视机 (HDTV) 应用是增长最快的 LED 市场之一，对于大型 LCD-TFT 平板背光照明来说，白光 LED 阵列正在取代 CCFL 照明。LED有更高的效率、更长寿命以及能够提供局部调光功能，已经使 LCD 高清电视机能够获得超过 7,000,000:1 的对比度，这相比基于 CCFL 的设计高了几个数量级。此外，LED 外形扁平，使高清电视机能够制造成厚度仅为 1.5 英寸，同时大幅降低高清电视机所需的电力。

　　随着LED照明在这么多应用中激增，LED市场的增长率也在持续加速，即使在当下这种经济艰难时期也一样。尽管预测数据各不相同，但是趋势是明显的：高亮度LED市场正在以高得惊人的速度增长。根据法国Yole Development公司的市场调查，到2012年，所有类型LED的市场规模将达到103亿美元。其中，高亮度和超高亮度LED (ILED ≥ 100mA)合起来将占大约44.5亿美元，这几乎是 2007年7.83亿美元市场规模 (基于封装LED计算) 的 5.5 倍。迄今为止，这种增长大多数由较小电流的LED主导，主要在100~500mA范围。不过，较大电流的LED应用正在变得更加普遍，这类应用需要2~20A电流驱动单个LED。首批大电流LED出现在汽车前灯中，现在从大功率建筑照明到高性能DLP (Digital Light Projection) 投影仪，LED可以在各种应用中见到。在可预见的未来，这些应用性能的提高将继续促进大电流LED的高速增长。随着人们加速努力降低因生产能源而导致的碳排放总量，LED可使全球照明的使用能源减少10%，而这为向LED照明的转变增加了动力。

　　正在兴起的大功率LED应用

　　大电流LED的推出使利用这些LED的大功率照明应用得以实现，从而取代了效率相对低的白炽灯。在建筑照明和DLP投影仪等应用中，传统上需要500~1000W的卤素灯，而 20A LED可以提供同样的光输出(以流明为单位)，但是仅需要相当于卤素灯20%的电力。在建筑应用中，LED驱动器的效率必须非常高，而且能提供宽的调光比，以在多种环境条件下保持恒定的光输出。在高端DLP投影应用中，红、绿和蓝(RGB)光LED阵列取代了传统的卤素灯、色轮和镜阵(MEM)。不过，为了准确地混合颜色，LED驱动器必须能够在两个不同的稳定峰值电流状态之间快速切换，而且能够覆盖PWM调光范围而不会有中断。设计能够满足这些苛刻的速度和准确度要求的大电流LED驱动器IC，同时优化总体效率，给IC设计师带来了很多新的挑战。

　　用于DLP投影仪的LED照明

　　高端DLP投影仪历史上一直使用大功率白炽灯以及色轮和镜阵，以投射相对高分辨率的图像。

　　随着很多这类投影仪需要500W甚至5kW的灯，整个系统的热量管理成为主要的设计障碍。甚至在有大量热量管理系统 (这些系统需要恒定气流冷却) 的情况下，灯的寿命也相对较短，而且更换非常昂贵。新的设计用一个大电流RGB LED阵列取代大功率灯、色轮和镜阵，这极大地减少了浪费的热能，同时改善了颜色混合的准确度，极大地提高了对比度和总体分辨率。不过，为了达到想要的性能水平，这些 LED 需要独特的 LED 驱动器设计。首先，驱动器必须能够提供高达 20A 的连续 LED 电流和高达 40A 的脉冲电流。其次，驱动器必须提供超过 90% 的效率，以最大限度地减少对热量问题的考虑。最后，为了实现颜色混合所需的宽动态范围，驱动器必须能够在 3 个良好稳定的电流状态之间快速和准确地切换，而且没有任何中断。

　　LT3743

　　LT3743 是一种同步降压型 DC/DC 转换器，为提供恒定电流以驱动大电流 LED 而设计。该器件的 5.5~36V输入电压范围使其非常适用于多种应用，包括工业、DLP 投影和建筑照明。LT3743从一个标称 12V 的输入提供高达 20A 的连续 LED 电流，从而提供超过 80W 的功率。在脉冲 LED 应用中，该器件可以提供高达 40A 的 LED 电流或从一个 12V 输入提供 160W 功率。高达 95% 的效率使得无需外部散热措施，并极大地简化了热量设计。一个频率调节引脚使用户能够在 100kHz 至 1MHz 之间设定频率，因此设计师们可以优化效率，同时最大限度地减小外部组件尺寸。LT3743 有 PWM 和 CTRL_SELECT 调光 (参见图 1)，在 3 种 LED 电流值上提供 3000:1 的调光能力，从而使该器件非常适合诸如 DLP 投影仪中所需的那类颜色混合应用。类似地，LT3743 独特的拓扑使它能够用不到 2ms 的时间在两个稳定的 LED 电流值之间转换，从而在 RGB 应用中实现了更准确的颜色混合。